CO₂-Anstieg vor Jahrmillionen: Wälder wurden licht und braun
Was geschieht mit Bäumen, wenn in relativ kurzer Zeit viel Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt? Das haben US-amerikanische Wissenschaftler nun anhand von Fossilien von Blättern nachvollzogen.
Die Forschungsgruppe vom Natural History Museum of Los Angeles County in Los Angeles kommt zu dem Schluss, dass die Erde während einer Heißzeit vor rund 56 Millionen Jahren rasch ziemlich braun aussah. Hitze und Trockenheit ließen Wälder schnell lichter werden.
Für ihre Studie ermittelten das Team um die Forscherin Regan Dunn in fossilen Blättern und in heutigen Blättern jeweils Blatt-Seiten-Verhältnisse, die anzeigen, wie viel Licht ein Blatt erhalten hat – oder andersherum, wie viel Schatten es am Standort des Baums gab. Die Studie ist jetzt in der Fachzeitschrift „Science“ erschienen.
Massiver globaler Temperaturanstieg
Das Temperaturmaximum an der Grenze der Erdzeitalter Paläozän und Eozän vor etwa 56 Millionen Jahren geht vermutlich auf eine starke Erhöhung des CO₂-Gehalts in der Atmosphäre zurück. Innerhalb von 3000 bis 10.000 Jahren gelangten etwa 2500 bis 4500 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in die Luft und die Meere der Erde.
© USGS/Marieke Dechesne
Diese Entwicklung führte „zu massiven Störungen des Kohlenstoffkreislaufs, zur Ozeanversauerung sowie zu einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um 5 bis 9 Grad Celsius“, schreiben die Studienautoren. Die genaue Ursache für die Treibhausgasfreisetzung ist noch nicht geklärt. Unter anderem werden massive Vulkanausbrüche vermutet.
Forscher fühlen sich an Gegenwart erinnert
Die damalige CO₂-Anreicherung der Luft geschah rasch, aber längst nicht so schnell wie heute. „Wir setzen CO₂ schneller in die Atmosphäre frei als jeder bekannte natürliche Prozess“, wird Dunn in einer Mitteilung ihrer Institution zitiert. Das Temperaturmaximum vor 56 Millionen Jahren biete die beste Möglichkeit, zu erkennen, wie das Klima und die Ökosysteme der Erde auf einen massiven Kohlenstoffeintrag reagieren, sagt die Forscherin.
Den Einblick in die Pflanzenwelt zu dieser Zeit bekamen die Forschenden durch zahlreiche Blattfossilien, die sie im Hanna Basin im US-Bundesstaat Wyoming fanden. Die in Kohle und anderen organischen Materialien enthaltenen Blätter sind so gut erhalten, dass die Forscher die Größe der einzelnen Zellen der äußeren Gewebeschicht (Epidermis) bestimmen konnten.
Aufbau der Blätter verrät das Klima
Blätter im Schatten haben ein anderes Seitenverhältnis als Blätter in der Sonne, sie sind langgezogener. „Dies ist die Reaktion der Pflanzen auf Schatten: Sie verlängern das Blatt, indem sie jede einzelne Zelle strecken“, sagt Dunn. Das Verhältnis von Längs- zu Schmalseite gibt also Aufschluss darüber, wie dicht das Waldkronendach zu der Zeit war, als das Blatt zu einem Fossil wurde.
© PR/Regan Dunn
Das Forschungsteam bestimmte das Seitenverhältnis der Blätter heutiger Bäume im Verhältnis zum Waldkronendach und entwickelte daraus ein Modell, durch das anhand der Blattzellen bestimmt werden kann, wie dicht der Wald zu Lebzeiten des Blatts war. Des Weiteren analysierten die Forschenden Fossilien von Pollen und Sporen.
Die Auswertung der Daten ergab, dass sich während der Erwärmung vor 56 Millionen Jahren das Waldkronendach rasch lichtete. Zugleich setzte sich zunehmend eine Vegetation mit mehr Farnen, später mit mehr Palmen durch. Die Pflanzenarten, deren heutige Verwandte ihre größte Artenvielfalt in subtropischen oder trockenen tropischen Klimazonen haben, wurden immer häufiger.
Wohin sich die Erde entwickeln könnte
„Es zeigt sich, dass ein Übermaß an Kohlendioxid für Wälder schädlich ist, da die damit einhergehende Erwärmung und Austrocknung die Bäume stresst und viele von ihnen absterben lässt“, sagt Ellen Currano von der University of Wyoming in Laramie, Co-Autorin der Studie. Das historische Vorbild zeige, wohin sich die Erde möglicherweise bald entwickeln könnte.
Wir wären gut beraten, Wälder zu schützen und wiederherzustellen.
Regan Dunn, Forscherin am Natural History Museum of Los Angeles County
Ab etwa 1982 hat der erhöhte CO₂-Gehalt der Luft dazu geführt, dass der Blattflächenindex anstieg; der Index ist ein Maß dafür, wie dicht die Wälder sind. Da Pflanzen CO₂ zum Wachsen brauchen, sorgte das zusätzliche CO₂ für grünere Wälder. Doch um das Jahr 2000 kehrte sich die Entwicklung auf etwa 90 Prozent der Flächen mit Vegetation um. Die Erde wird seitdem brauner.
Die Forscher deuten dies als Reaktion auf zunehmenden Hitze- und Trockenstress der Pflanzen. „Wir wären gut beraten, Wälder zu schützen und wiederherzustellen, solange sie noch dazu beitragen können, das beispiellose Tempo des vom Menschen verursachten Klimawandels abzufedern“, hebt Dunn hervor.